Сталь спс-43

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали для изготовления холодноштампованных деталей, работающих преимущественно в условиях высокоскоростного импульсного нагружения. Предложена сталь СПС - 43, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,40 - 0,45, кремний 1,55 - 1,75, марганец 0,50 - 0,70, хром 1,00 - 1,35, никель 1,10 - 1,45, молибден 0,35 - 0,50, кальций 0,003 - 0,010, титан 0,01 - 0,05, алюминий 0,05 - 0,10, медь 0,15 - 0,25, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение уровня вязкопластических свойств стали в состоянии после отжига с одновременным обеспечением технологичности при холодной штамповке за счет повышенного коэффициента вытяжки. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали для изготовления холодноштампованных деталей, работающих преимущественно в условиях высокоскоростного импульсного нагружения.

Известна широкая гамма высокопрочных сталей, легированных углеродом, кремнием, хромом, никелем или марганцем (см., например, Марочник сталей и сплавов.- М.: Машиностроение, 1989), обладающих достаточной технологичностью при холодной штамповке. Так, сталь 30ХГСА ГОСТ 4543-71, имеющая следующий состав, мас.%: Углерод - 0,28 - 0,34 Кремний - 0,90 - 1,20 Марганец - 0,80 - 1,10 Хром - 0,80 - 1,10 Железо - Остальное в отожженном состоянии имеет свойства: Предел текучести - 450 МПа, Относительное удлинение - 15% Термообработка на максимальную прочность позволяет достигнуть уровня предела текучести - 1400 МПа, однако при этом ударная вязкость (KCU) не превышает 3,5 - 4,0 Дж/см².

Повышение содержания углерода и кремния с дополнительным модифицированием молибденом и ванадием в стали по а.с. СССР от 30.05.1981 г. N 834215 при соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,38 - 0,45
Марганец - 0,30 - 0,70
Кремний - 1,60 - 2,0
Хром - 0,60 - 1,0
Молибден - 0,15 - 0,25
Ванадий - 0,05 - 0,10
Железо - Остальное
позволяет повысить в термообработанном состоянии предел текучести до 1500 МПа и ударную вязкость до 5,0 Дж/см². Однако при этом происходит снижение технологичности при холодной штамповке за счет повышения прочностных характеристик в отожженном состоянии: предел текучести составляет 550 - 600 МПа.

Наиболее близкой к предлагаемой стали является сталь по патенту США N 4765849 A, C 22 C 38/50 от 23.02.88 г., положительное решение от 14.07.93г., рекомендуемая к применению в тяжелонагруженных деталях, испытывающих переменные и динамические нагрузки. Сталь имеет следующий химический состав, мас%:
Углерод - 0,50 - 0,55
Марганец - 0,30 - 1,50
Кремний - до 1,0
Хром - 0,75 - 1,80
Никель - до 2,0
Молибден - 0,05 - 0,40
Титан - 0,015 - 0,008
Алюминий - 0,04 - 0,1
Ванадий - 0,05 - 0,1
Железо - Остальное
В термообработанном состоянии сталь имеет предел текучести > 1700 МПа при ударной вязкости > 6,0 Дж/см² и удовлетворительные свойства в отожженном состоянии: предел текучести 450 - 500 МПа, относительное удлинение 17 - 20%.

Недостатком известной стали является недостаточная технологичность при холодной штамповке деталей глубокой вытяжки.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня вязкопластических свойств стали в состоянии после отжига с одновременным обеспечением технологичности при холодной штамповке за счет повышенного коэффициента вытяжки.

Указанный результат достигается тем, что сталь дополнительно содержит кальций и медь при следующем соотношении компонентов, мас%:
Углерод - 0,40 - 0,45
Кремний - 1,55 - 1,75
Марганец - 0,50 - 0,70
Хром - 1,00 - 1,35
Никель - 1,10 - 1,45
Молибден - 0,35 - 0,50
Кальций - 0,003 - 0,010
Титан - 0,01 - 0,05
Алюминий - 0,05 - 0,10
Медь - 0,15 - 0,25
Железо - Остальное
Пределы содержания кальция и меди в стали регламентируются необходимостью получения мелкозернистой однородной структуры литого металла, снижение количества и величины неметаллических включений, что позволяет получить комплекс механических свойств, обеспечивающий высокие значения однородной деформации металла при холодной штамповке.

Сталь для изготовления штампованных деталей выплавляли в промышленных условиях в 100-тонной дуговой электропечи с последующей разливкой на установке непрерывной разливки.

При разливке стали осуществляли защиту ее от окисления на участке стальковш-промковш-кристаллизатор использованием огнеупорных стаканов, аргона и защитно-смазывающих огнеупорных смесей. После прокатки слябов на горячекатаный и холоднокатаный лист изготавливали образцы для определения механических и технологических свойств стали в отожженном состоянии. Механические и технологические свойства стали в отожженном состоянии приведены в табл. 1 и 2.

Испытания на изгиб по ГОСТ 14019-80 с определением предельного угла изгиба производили на плоских образцах размером 2,5 x 20 х 140 мм с притупленными кромками. Плавно повышали нагрузку до появления первой трещины и определяли остаточный угол загиба. Результаты испытаний на изгиб приведены в табл.2.

Испытания на технологическую пластичность позволяют определить способность листового материала к глубокой вытяжке, характеризуемой предельным коэффициентом вытяжки
K_выт = D/d_ср,
где
D - диаметр заготовки, из которой производится вытяжка;
d_ср - средний диаметр вытянутой детали.

При этом предельный коэффициент вытяжки устанавливает границу наибольшего диаметра заготовки (D_макс), из которого может быть вытянута годная деталь (без трещин)
K_выт.пр = D_макс/d_ср.

На основании экспериментальных данных по определению технологической пластичности (угол загиба, коэффициент вытяжки, уровень механической прочности и пластичности при растяжении) для предварительной отработки была выбрана схема штамповки-вытяжки за 2 перехода:

Штамповку-вытяжку проводили на гидравлическом прессе двойного действия DBS-2 с усилием рабочего цилиндра 600 тс на предприятии АО "Ижорские Заводы". Технология включала следующие основные операции: разрезка листа из стали СПС-43 размеров ≠ 2,5 x 1050 x 4000 мм на заготовки размером 520±⁵×520±⁵ мм, термическая обработка заготовок по режиму:
пос. ≅ 850^oC, нагрев 850 - 870^oC, выдержка 2 ч, охлаждение с печью до 250^oC, далее на воздухе; точение заготовок ⊘ 500^-20мм, пескоочистка, смазка заготовок графито-масляной смазки, штамповка вытяжки стакана ⊘_нар321 мм, промежуточная термическая обработка (по режиму п.2), штамповка вытяжка-протяжка с ⊘_нар321 мм на ⊘_нар253 мм, промежуточный отжиг (по режиму п.2), механическая обработка (подрезка торца), упрочняющая термическая обработка по режиму: закалка. Пос. ≥ 900^oC, нагрев 900 ± 10^oC, в течение 10 мин с момента посадки, охлаждение в масле, отпуск. Пос. ≅ 240^oC, нагрев 240 ± 5^oC, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, контроль твердости, пескоочистка и обезжиривание, окраска консервирующая лаком ВЛ-02, упаковка.

Испытания показали существенное повышение надежности результатов по сравнению с прототипом. Таким образом, введение в сталь титана, алюминия, меди и заявляемого соотношения компонентов позволяет достичь необходимого положительного эффекта и повысить технологичность при холодной штамповке вытяжке.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,40 - 0,45
Кремний - 1,55 - 1,75
Марганец - 0,50 - 0,70
Хром - 1,00 - 1,35
Никель - 1,10 - 1,45
Молибден - 0,35 - 0,50
Кальций - 0,003 - 0,010
Титан - 0,01 - 0,05
Алюминий - 0,05 - 0,10
Медь - 0,15 - 0,25
Железо - Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1